6: Рівноважні стани та оборотні процеси
- Page ID
- 22056
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
- 6.1: Термодинамічна перспектива
- Класична термодинаміка не враховує атомних і молекулярних характеристик речовини. Розробляючи його, ми орієнтуємося виключно на вимірювані властивості макроскопічних величин речовини. Зокрема, ми вивчаємо взаємозв'язок між термодинамічними функціями, що характеризують систему, та приростами тепла та роботи, які система отримує під час певної зміни стану. При цьому ми приймаємо деякі конкретні перспективи.
- 6.2: Термодинамічні системи та змінні
- Охарактеризуємо систему, вказавши значення достатньої кількості змінних, щоб система могла бути точно реплікована. Під «точно відтвореним» ми маємо на увазі, звичайно, що ми не в змозі відрізнити систему від її реплікації будь-яким експериментальним вимірюванням. Будь-яка змінна, яка може бути використана для характеристики системи таким чином, називається змінною стану, змінною стану або функцією стану.
- 6.3: Рівновага та оборотність - фазові рівноваги
- Будь-який процес, напрямок якого можна змінити довільно невеликою зміною функції термодинамічного стану, називаємо оборотним процесом. Очевидно, існує тісний зв'язок між оборотними процесами і рівноважними станами. Якщо процес має відбуватися оборотно, система повинна безперервно переходити з одного стану рівноваги в інший.
- 6.4: Рівноваги розподілу
- Система може містити більше однієї фази, і в кожній фазі може бути присутнім більше однієї хімічної речовини. Якщо одна з речовин присутня в дві фази, ми говоримо, що речовина розподіляється між двома фазами. Ми можемо описати розподіл рівноваги кількісно, вказавши концентрацію речовини в кожній фазі. При постійній температурі експериментально знаходимо, що співвідношення цих концентрацій приблизно постійне.
- 6.5: Рівноваги в хімічних реакціях
- Рівноваги, що включають хімічні реакції, мають важливі характеристики з фазовими та розподільними рівновагами.
- 6.6: Принцип Ле Шательє
- Якщо почати з системи, яка знаходиться в рівновазі, і ми накладемо на неї зміну умов, то «початковий» стан системи після нав'язаної зміни умов взагалі не буде рівноважним станом. Досвід показує, що система зазнає деяких спонтанних змін, щоб прийти в новий стан рівноваги. У цих конкретних обставин принцип Ле Шательє дозволяє нам передбачити спонтанні зміни, що відбуваються.
- 6.7: Кількість змінних, необхідних для визначення деяких звичних систем
- В експерименті або в математичній моделі фіксації двох з трьох інтенсивних змінних достатньо для фіксації рівноважних властивостей системи. Фіксація властивостей рівноваги означає, звичайно, що стан системи фіксується в межах довільного коефіцієнта, який може бути заданий або як кількість присутніх молів, або як обсяг системи.
- 6.8: Правило фази Гіббса
- Гіббс знайшов важливу залежність між кількістю хімічних складових, кількістю присутніх фаз та кількістю інтенсивних змінних, які повинні бути вказані, щоб охарактеризувати систему рівноваги. Це число називається числом ступенів свободи, доступних системі і дається символом F. Вказавши F інтенсивних змінних, ми можемо вказати стан системи, за винятком кількості кожної фази.
- 6.9: Оборотні проти незворотних процесів
- Процес, який не є оборотним, вважається незворотним. Розрізняємо два види незворотних процесів. Процес, який не може відбутися за заданого набору умов, вважається неможливим процесом. Процес, який може відбуватися, але не робить цього оборотно, називається можливим процесом або спонтанним процесом.
- 6.11: Оборотний рух маси в постійному гравітаційному полі
- Давайте вивчимо наші уявлення про оборотність далі, розглянувши знайомий випадок м'яча для боулінгу, який може рухатися вертикально в ефективно постійному гравітаційному полі біля поверхні землі.
- 6.12: Рівноваги та оборотні процеси
- Різниця між системою в рівновазі та системою, що зазнає оборотних змін, є тонкою бритвою. Те, що ми маємо на увазі, стосується того, як ми вибираємо для визначення системи та центрів походження сил, які впливають на її енергію. Для системи, що знаходиться в рівновазі, сили фіксуються. Для системи, яка зазнає оборотних змін, деякі сили походять в оточенні, а ті, які роблять, потенційно змінні.
- 6.13: Закони термодинаміки
- Зазвичай ми вважаємо, що перший, другий і третій закони термодинаміки є основними постулатами. Однією з наших першочергових цілей є розуміння ідей, які втілені в цих законі. Введемо ці ідеї тут, використовуючи твердження законів термодинаміки, які відразу застосовні до хімічних систем. У наступних трьох розділах ми розробляємо деякі найважливіші наслідки цих ідей.
- 6.14: Термодинамічні критерії змін
- Коли стан ізольованої системи може змінитися, ми говоримо, що система здатна до спонтанних змін. Коли ізольована система нездатна до спонтанних змін, ми говоримо, що вона знаходиться в рівновазі. Зрештою, це твердження визначає, що ми маємо на увазі під (примітивною) рівновагою.
Мініатюра: Ілюстрація системи, що демонструє незворотний процес, як швидкі та повільні частинки змішуються разом. (CC BY 2.5 Generic; Хтким і Dhollm через Вікіпедію)